В 18 лет Павел Штернберг оканчивает гимназию и поступает в Московский университет, где его тяга к астрономии уже на первом курсе обращает на себя внимание Ф. А. Бредихина, известного русского ученого, в ту пору директора Московской обсерватории. Штернберг специализируется как астроном, с блеском оканчивает университет и чуть позже утверждается «оставленным при университете для приготовления к профессорскому званию». Он женится и продолжает много работать. Преподает в нескольких учебных заведениях. Участвует в экспедиционных работах. Готовит магистерскую диссертацию, которую посвящает трудной проблеме движения полюсов Земли.
Многим известно, как можно отличить сырое яйцо от сваренного вкрутую – яйцо крутят на столе: крутое яйцо вращается легко, а у сырого вследствие возникающих внутри перемещений начинает сложным образом колебаться ось вращения, и оно быстро останавливается. Поведение вращающейся Земли, которая имеет вязкое ядро, несколько напоминает по характеру поведение сырого яйца. Ось вращения Земли совершает небольшие колебания в ее теле. Эти колебания ничтожно малы: истинный полюс Земли чуть-чуть перемещается около среднего положения, постоянно оставаясь в пределах квадрата со стороной в 30 м. Разработка методов обнаружения таких едва уловимых перемещений и составляла сущность диссертации П. К. Штернберга, над которой он проработал в течение 10 лет. Оппонентами на ее защите в 1902 г. выступили В. К. Цераский и «отец русской авиации», выдающийся математик Н. Е. Жуковский.
Однако магистр астрономии и приват-доцент Московского университета П. К. Штернберг поглощен в эти годы не только научной работой. Он солидарен с протестами студенчества и профессоров университета, которых правительство стремилось превратить в безропотных чиновников. Он с детства приучен к скромной трудовой жизни, и его живо волнует положение всего трудового народа России. Штернберг много времени проводит в экспедициях, он ездит по разным губерниям, и от него не укрывается нарастающая по всей России атмосфера первой революционной бури.
События русско-японской войны показали всю гнилость царизма, заставили многих передовых людей встать на путь бескомпромиссной борьбы с самодержавием. Сочувствовавший революции и до того времени, П. К. Штернберг в 1905 г. официально вступает в ряды партии большевиков.
В 1906 г. Штернберг становится членом Военно-технического бюро Московского комитета партии – новой боевой организации, которая должна была, учтя опыт Декабрьского восстания, заблаговременно готовить вооруженную борьбу рабочих дружин. Ему и его помощникам предстояло составить планы Москвы с указанием стратегически важных объектов, проходных дворов, заборов, с описанием расположения основных подземных телефонных коммуникаций. Попытаться провести такую съемку по всему городу скрытно было невозможно.
Штернберг осуществил другой, фантастический по своей дерзости план. Он выступил в университете с докладом о возможности изучения аномалий силы тяжести новым методом с помощью «нивелир-теодолитной съемки». Доклад вызвал среди специалистов-астрономов большое недоумение, но Штернберг не отступил и добился, в порядке постановки простейших пробных работ, разрешения на выполнение «нивелир-теодолитной съемки» неподалеку от обсерватории, прямо на улицах Москвы.
– В чем дело? Кто дал право? – волновались околоточные надзиратели и городовые, завидев группу людей с явно подозрительными приборами. Импозантный приват-доцент предъявлял университетские документы и предписание городских властей всячески способствовать в осуществлении «замечательного научного открытия русских ученых».
«Умейте пользоваться услугами врага», – говорил П. К. Штернберг и давал прекрасные примеры, как это следует делать.
В 1907 г. в богатую торговую фирму братьев Бландовых напросился на работу инженер М. П. Виноградов (тоже член Военно-технического бюро), якобы одержимый идеей новой конструкции молочных сепараторов. Идея сулила выгоды. Для сепараторов успели заказать на заводе три тысячи металлических цилиндров, но вскоре выяснили, что вся конструкция слова доброго не стоит. «Изобретателя», благо он не упирался, тотчас выгнали и под угрозой суда потребовали от него выкупить готовые цилиндры, хотя бы как металлолом, по цене 10 копеек за штуку. А «изобретатель» только того и ждал. Так Военно-техническое бюро за грошовую цену стало обладателем заводским способом изготовленных прекрасных цилиндрических оболочек для самодельных бомб. Разработал операцию с цилиндрами П. К. Штернберг.